基于《模擬電子技術(shù)》教學(xué)的音響電路設(shè)計(jì)

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 熊麗萍

1 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，以功率放大電路為核心的音響技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用，并且廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、汽車音響系統(tǒng)、手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，我國(guó)是全球最大的消費(fèi)類電子商品市場(chǎng)和生產(chǎn)基地，音響系統(tǒng)的需求日益倍增。因此設(shè)計(jì)和制作音響系統(tǒng)有很大的實(shí)際意義。

《模擬電子技術(shù)》是電子信息工程技術(shù)專業(yè)的一門職業(yè)核心課程，也是電子類學(xué)生最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，該課程采用項(xiàng)目化教學(xué)，讓學(xué)生掌握基本模擬電路的分析、調(diào)試和設(shè)計(jì)方法。幾年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)課程時(shí)都覺得很難，另一方面，學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)和工作中又深感模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)作用非常重要。如何設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目載體并采取合適的教學(xué)方式，讓學(xué)生掌握抽象而枯燥的理論知識(shí)一直是《模擬電子技術(shù)》課程面臨的問題，也是眾多知名職業(yè)院校和教育專家致力解決的問題，本文給出了一種可調(diào)節(jié)音調(diào)的雙聲道音響放大電路方案，能夠讓學(xué)生很好地理解理論知識(shí)，并掌握模擬電路的調(diào)試方法，是一個(gè)集知識(shí)性、綜合性、趣味性、實(shí)踐性、產(chǎn)品性于一體的項(xiàng)目。

圖1 音響電路結(jié)構(gòu)

2 音響放大電路設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目的音響電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，電路包含左右兩個(gè)聲道，主要由三部分組成：±12V直流穩(wěn)壓電源電路；包含前置電壓放大的音調(diào)控制電路；雙聲道音頻功率放大電路。輸入端可選擇連接信號(hào)發(fā)生器或耳機(jī)接頭，輸出端可接數(shù)字示波器或揚(yáng)聲器。

各部分電路的功能如下：

1)直流穩(wěn)壓電源

給電路提供直流工作電壓，本項(xiàng)目電源可以提供±12V的直流電壓。

2)音調(diào)控制電路（含前置電壓放大電路）

前置電壓放大部分將微弱的信號(hào)進(jìn)行放大，給后級(jí)提供一定的信號(hào)電壓。增益的大小由電路設(shè)計(jì)參數(shù)決定。音調(diào)控制部分高音、中音、低音分別連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高、低音的提升和衰減。電路由運(yùn)算放大器及其外接電路組成，頻響的好壞由電路設(shè)計(jì)參數(shù)決定。

3)功率放大電路

將前置放大器送來的信號(hào)進(jìn)行放大，使之具有較大的功率輸出，來推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，功率的大小由電路設(shè)計(jì)參數(shù)決定。

2.2 直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源部分電路如圖2所示，變壓器T1將220V交流電轉(zhuǎn)換成14V交流電，再經(jīng)整流橋KBP206整流，C1、C4濾波得到直流紋波信號(hào)UB、UE，再經(jīng)過穩(wěn)壓塊LM7812、LM7912可分別輸出+12V、-12V直流電壓。

2.3 音調(diào)控制電路

所謂音調(diào)控制就是人為地改變信號(hào)里高、低頻成分的比重，以滿足聽者的愛好、渲染某種氣氛、達(dá)到某種效果、或補(bǔ)償揚(yáng)聲器系統(tǒng)及放音場(chǎng)所的音響不足。本音響電路中的音調(diào)控制電路包含前置電壓放大模塊和音調(diào)控制模塊，左、右兩聲道的電路對(duì)稱，如圖3所示。

在本設(shè)計(jì)中選取了NE5532構(gòu)成的反相比例放大器作為前置放大級(jí)，這是一個(gè)反相比例放大電路，輸入電阻就是電阻R1的值，同時(shí)反饋電阻R3和R1的比值就是放大倍數(shù)，即：

減小R1的值可以提高放大倍數(shù)，但同時(shí)也降低了輸入電阻，因此在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，放大倍數(shù)、電阻R1和R3的取值需要折衷考慮。

圖2 ±12V直流穩(wěn)壓電源電路

圖3 音調(diào)控制電路

本電路中R1＝47kΩ，R3＝100kΩ，可知放大倍數(shù)為2.1，輸入電阻為47kΩ，針對(duì)外部音源的輸入信號(hào)來說，可以滿足輸入電阻足夠“高”的條件。

音調(diào)控制模塊，電路采用前面分析的衰減負(fù)反饋式音調(diào)控制電路，E點(diǎn)信號(hào)uE是經(jīng)前置放大的信號(hào)，此處作為音調(diào)控制電路的輸入信號(hào)；電路根據(jù)典型衰減負(fù)反饋式音調(diào)控制電路工作原理選取合適的用于選頻和負(fù)反饋的電阻電容值，使得Rp1-1、Rp2-1、Rp3-1分別控制高、中、低音音量。

2.4 雙聲道音頻放大電路

本項(xiàng)目選擇集成功率放大器TDA2030實(shí)現(xiàn)左、右聲道功率放大，兩個(gè)聲道電路結(jié)構(gòu)及一致，如圖4所示。圖中LIN接線端為左聲道輸入信號(hào)，即前級(jí)音調(diào)控制電路的左聲道輸出信號(hào)，Rp5-1用于調(diào)節(jié)音量大小，輸入信號(hào)經(jīng)輸入耦合電容C19到TDA2030同相輸入端，R24、R25、C32構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋，R24、R25決定了該電路交流負(fù)反饋的強(qiáng)弱和閉環(huán)增益。該電路的閉環(huán)增益為：

C32起隔直流作用，使電路為100%直流負(fù)反饋，電路采用單電源供電，C4是輸出耦合電容。R28、R29構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，通過R27向同相輸入端提供直流偏置電壓，TDA2030的4號(hào)引腳（功放輸出端）電位為，在靜態(tài)時(shí)，TDA2030的同相、反向輸入端以及輸出端電位皆為。R32、C28構(gòu)成高頻校正網(wǎng)絡(luò)，在電路接有感性負(fù)載揚(yáng)聲器時(shí)，用以對(duì)感性負(fù)載喇叭進(jìn)行相位補(bǔ)償來消除自激，保證電路高頻穩(wěn)定性。

圖4 雙聲道音頻功率放大電路

3 總結(jié)

音頻功率放大電路作為模擬電子技術(shù)中一個(gè)典型的應(yīng)用，已廣泛應(yīng)用于項(xiàng)目化教學(xué)中，但是一般只著眼于音頻功率放大電路這一內(nèi)容，本音響電路擴(kuò)展了直流穩(wěn)壓電源和音調(diào)控制電路，功能更接近于實(shí)際的音響產(chǎn)品，且融匯了包括集成運(yùn)放、反饋電路等更加豐富的內(nèi)容，綜合性強(qiáng)。該項(xiàng)目在教學(xué)實(shí)施中能夠很好地吸引學(xué)生參與，并通過任務(wù)書、指導(dǎo)書等形式，在電路調(diào)測(cè)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)和調(diào)測(cè)方法的引導(dǎo)下，促進(jìn)學(xué)生分析和解決問題。

盡管通過該音響電路的項(xiàng)目化教學(xué)取得了很好的教學(xué)效果，但是在產(chǎn)品的性能工藝方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)，比如通過電路的調(diào)整、音箱的制作提升音質(zhì)，制作音響系統(tǒng)外殼使之更加產(chǎn)品化，這也會(huì)作為下一步改進(jìn)的目標(biāo)。

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